ВВЕДЕНИЕ.
Внутренние преобразования, происходящие при запоминании предъявляемого стимульного материала в процессе кратковременного запоминания, являются одними из важнейших активных процессов, изучаемых в когнитивной психологии. Применение системного подхода в изучении этих явлений с использованием разных уровней анализа: от нейрофизиологического до когнитивного открывает возможность установления количественных закономерностей при их исследовании.
АКТУАЛЬНОСТЬ вьшолненной работы определяется важностью установления количественных закономерностей, которьм подчиняется работа памяти человека. При этом большой интерес представляет субъективное преобразование человеком воспринимаемой им информации и ее соотношение с предъявленной информацией. Эта проблема в данной работе исследуется на материале кратковременной памяти.
Как именно организована предъявленная информация в памяти, каково субъективное представление внешне заданных стимулов в процессе кратковременного запоминания? Каковы количественные закономерности, которым подчиняется процесс кратковременного запоминания с учетом внутренней репрезентации стимулов. Ответы на эти вопросы кроме теоретического интереса важны также для прояснения многих практических аспектов исследования личности с точки зрения ее интеллектуальных возможностей, прогнозирования успешности разных видов деятельности (обучения школьников, операторской деятельности и т.д).
Количественные закономерности памяти изучались в экспериментальной психологии, начиная с Эббингауза (1885), Джеймса (1890). Исследования памяти, направленные на раскрытие структуры самого процесса запоминания развивались в работах П.Жане (1928), А.Н.Леонтьева (1928,1931), Л.В.Занкова
4
(1927) и др.. А.А.Смирнов (1943,1945), ПИ.Зинченко (1939,1945) и др. исследовали образование внутренних единиц при смысловой и логической обработке запоминаемого материала.
Применение теории информации в психологии открыло новые возможности для количественных оценок памяти и количественного выражения организации материала, его структурности. Было установлено известное правило Миллера (Miller, 1956) - объем кратковременной памяти не зависит от количества информации в отдельных символах, а измеряется отрезками информации (чанками), диапазон изменения которых 7+ или -2. Объединение отдельных элементов предъявляемого алфавита в более крупные единицы (группы) Миллер назвал структурированием. А образующиеся при этом структурные единицы -чанками. Одна из трудностей изучения мнемических процессов связана с определением структуры, а также размера самого чанка.
Разные аспекты группировки запоминаемого материала, проблема количества и величины "оперативных единиц" (термин, аналогичный чанкам Миллера, введенный В.П.Зинченко (1964), Г.В.Репкиной (1965, 1969)), зависимость объема памяти от времени экспозиции, характера мотивации исследовались в работах Wickelgren (1964), Atkinson, Shiffrin (1971), Baddeley (1976), Broadbent (1975, 1985), ГГ. Вучетич (1971,1980), В.П.Зинченко (1980), Б.М. Величковского (1980), MacGregor (1987).
В последующем было показано, что диапазон запоминаемых отрезков информации шире, указанного Миллером -от 2.5 единиц (Sipos, Stupavska, 1978) до 18 элементов (Г.Г.Вучетич, 1973). П.Б.Невельский (1963, 1965) в своих экспериментах показал зависимость долговременного запоминания от количества информации в каждом запоминаемом элементе. Simon (1974) обнаружил, что с увеличением размера структурной единицы, объем кратковременной памяти, измеряемый в этих единицах, уменьшается.
5
Невозможность рассчитать объем кратковременной памяти по заданному размеру алфавита запоминаемых стимулов ограничивала применение информационного подхода в психологии. Кроме того оставался открытым вопрос о закономерностях внутреннего преобразования информации, о соотношении внутренней, субъективной репрезентации стимульного материала с внешним заданным представлением стимулов, а также о количественных закономерностях, которым подчиняется этот процесс. Не было теории, позволяющей количественно связать параметры, характеризующие субъективное представление заданных элементов алфавита, и объем кратковременной памяти.
На необходимость системного анализа психических процессов человека указывали Б.Г.Ананьев, П.КАнохин, М.Н.Ливанов, А.Н.Леонтьев, А.А.Смирнов, С.Л.Рубинштейн, А.А.Лурия, Б.Ф.Ломов, Squier и многие др. Для решения поставленных выше вопросов нами была привлечена нейрофизиологическая модель восприятия и памяти, разрабатываемая в лаборатории когнитивной психофизиологии ИПРАН под руководством А.Н. Лебедева (1976-1998). Данная модель позволяет связать психологические характеристики кратковременной памяти с параметрами периодической электрической активности мозга. Такой подход к исследованию памяти позволяет использовать разные уровни анализа: от нейрофизиологического до когнитивного - и является системным. Проверка нейрофизиологической модели памяти при изучении влияния на объем памяти заданного стимульного ряда и его субъективной трансформации является главной задачей нашего исследования.
6 В данной работе были поставлены следующие ЦЕЛИ:
1. Экспериментальное исследование зависимости объема кратковременной памяти от структуры предъявленного стимульного ряда, размера внешне заданного объективного алфавита, из которого сформирован заданный ряд, и субъективной трансформации этого ряда.
2. Определение количественных закономерностей, которым подчиняется процесс кратковременного запоминания с учетом внутренней репрезентации внешних стимулов.
3. Оценка возможности прогноза успеваемости учащихся на основе модифицированной методики измерения объема кратковременной памяти.
На основании анализа экспериментальных и литературных данных были выдвинуты следующие ГИПОТЕЗЫ:
1. В соответствии с принципом детерминизма С.Л.Рубинштейна - внешние причины действуют через внутренние условия, а деятельность человека определяется своим объектом не прямо, а через ее внутренние закономерности. Применяя этот принцип к закономерностям функционирования кратковременной памяти, можно ожидать, что объем кратковременной памяти определяется не только внешне заданным объективным алфавитом или заданной структурой стимульного ряда, но и их субъективной трансформацией в процессе запоминания.
2. Уравнения динамической теории памяти позволяют более точно определять объем кратковременной памяти, если принимать во внимание внутреннюю репрезентацию внешних предъявляемых стимулов.
7
В соответствии с выдвинутыми гипотезами в работе были поставлены и РЕШАЛИСЬ СЛЕДУЮЩИЕ ЗАДАЧИ:
1. Экспериментальная проверка предполагаемой зависимости объема кратковременной памяти на структурные единицы (чанки), из которых состоит предъявленный стимульный ряд, и на элементы заданного алфавита, от размера алфавита стимулов и величины заданных чанков.
2. Экспериментальное исследование внутренней репрезентации внешне заданного стимульного ряда. Выявление субъективной организации стимулов и ее влияния на объем кратковременной памяти.
3. Расчет значений объема кратковременной памяти, полученных по формулам нейрофизиологической модели памяти с учетом как внешне заданной структуры стимульного ряда, так и экспериментально выявленной его внутренней структуры. Сопоставление полученных теоретических и экспериментальных значений объемов памяти.
4. Оценка возможности прогноза успеваемости учащихся по объему кратковременной памяти и сравнение его с прогнозом успеваемости на основе комплескного психологического обследования школьников.
Результаты проведенного исследования позволяют ВЫНЕСТИ НА ЗАЩИТУ СЛЕДУЮЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ:
1. Экспериментально установленная нелинейная зависимость объема кратковременной памяти на цифры от размера запоминаемых структурных единиц в области малых размеров расходится с расчетами по формуле нейрофизиологической теории памяти. Причиной этого расхождения являются особенности субъективного представления заданного стимульного ряда.
2. При учете субъективной репрезентации стимульного ряда объем кратковременной памяти рассчитывается по уравнениям динамической теории
8
памяти с большей точностью по сравнению с расчетом, отдающимся только на величину заданного в эксперименте алфавита. В результате находит свое количественное объяснение выявленное в эксперименте расхождение с теорией.
3. Объем кратковременной памяти обратно пропорционален размеру объективно заданного и субъективного алфавитов запоминаемых стимулов, что согласуется с нейрофизиологической моделью памяти.
4. Относительный размер структурной единицы (чанка), равный половине предельного теоретического значения объема кратковременной памяти, и взятый в качестве коэффициента в уравнении нейрофизиологической теории памяти, обеспечивает высокую точность прогноза объема памяти при разнообразных алфавитах стимулов.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЯ состоит в том, что впервые показано,что:
- Объем кратковременной памяти определяется не только объективно заданной структурой стимульного ряда, но и его субъективной репрезентацией. Полученные экспериментальные результаты количественно подтверждаются расчетами по уравнениям динамической модели памяти.
Уравнение нейрофизиологической теории памяти с коэффициентом, равным половине предельного теоретического значения объема кратковременной памяти, количественно объясняет экспериментальную зависимость объема памяти от алфавита стимулов в широком диапазоне их размеров.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты докладывались и обсуждались на 7-ой Европейской конференции Психометрического общества (Триер, 1991); на 24-ой ежегодной конференции Европейской группы по математической психологии (Москва, 1993); на Первой Российской конференции
9
по экологической психологии (Москва, 1996); на юбилейной международной научной конференции, посвященной 25-летию Института психологии и 70-летию со дня рождения Б.Ф.Ломова (Москва, 1997); на 3-ей и 4-ой научно-практических конференциях: Состояние и проблемы технологических измерений. Секция - Измерения в психологии. (Москва, февраль 1997, декабрь1997); на ежегодной научной конференции Института психологии (Москва, 1998); на международной конференции: Аттестация, методика и проблемы технологических измерений. Секция - Измерения в психологии. (Москва, 1998); на расширенном заседании лаборатории когнитивной психофизиологии Института психологии РАН (1998).
Большая помощь в написании программ, организации экспериментов и обсуждении результатов исследований была оказана А.Н.Лебедевым, Н.А.Скопинцевой, Б.В.Пулькиным.
Проведенное исследование позволило сформулировать следующие основные ВЫВОДЫ.
1. Экспериментально установлено, что объем кратковременной памяти на заданные структурные единицы (чанки) уменьшается с ростом их размера и размера заданного алфавита. Найденная зависимость согласуется с нейрофизиологической моделью памяти.
2. Вместе с тем экспериментальные значения объема кратковременной памяти на цифры в области малых размеров заданного алфавита расходятся с теоретическим расчетом. Причиной этого расхождения являются особенности субъективного представления заданного стимульного ряда.
3. Экспериментально выявлена внутренняя структура предъявленного для запоминания стимульного ряда. Установлено количество субъективных чанков разных размеров и их процентное соотношение в каждой серии.
10
4. Расчет по уравнениям динамической теории памяти с учетом размера субъективных структурных единиц (чанков) позволяет получить более точные значения объемов кратковременной памяти по сравнению с расчетом, учитывающим только величину заданного в эксперименте алфавита.
5. Относительный размер структурной единицы (чанка), равный половине предельного теоретического значения объема кратковременной памяти, взятый в качестве коэффициента в уравнении нейрофизиологической теории памяти, обеспечивает высокую точность прогноза объема памяти при разнообразных алфавитах стимулов.
6. Возможен успешный прогноз успеваемости по предложенной нами методике оценки объема памяти укрупненными единицами - строками. Хотя коэффициент корреляции между этим прогнозом и реальной успеваемостью ниже, чем тот же коэффициент, полученный по результатам комплексного обследования учащихся, но предложенный прогноз требует во много раз меньше времени. Это может представить практический интерес в условиях массового обследования школьников.
7. Модель динамического кодирования сигналов в памяти становится более точной с учетом выявленных субъективных трансформаций стимульного ряда.
11
ГЛАВА 1. ОБЪЕМ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПАМЯТИ. ЕГО ГРАНИЦЫ.
Память как объект исследования всегда привлекала к себе внимание и была наиболее изучаемой проблемой в психологии. Это связано с тем, что любое обучение, накопление жизненного опыта и вообще развитие психики человека возможны, если воспринятые образы окружающего мира сохраняются в памяти человека.
Работа памяти, воспринимаемая как мгновенный акт, на самом деле является сложной последовательностью процессов по преобразованию поступающей информации. Запоминание, сохранение, узнавание, воспроизведение и забывание - основные психические процессы памяти. Но сама память не сводится к этим процессам и включает в себя разные стороны человеческой психики - мышление, внимание, интересы, эмоции. Решая практические задачи, человек не ограничивается непроизвольным запечатлением событий, а использует уже сознательное запоминание, т.е. произвольную память, особенно при обучении.
Память, составляя основу психической жизни человека, является продуктом как индивидуального развития человека, так и связана с его деятельностью в обществе. Она является предметом исследования педагогической психологии, инженерной психологии, психологии труда, психофизиологии, нейрофизиологии, когнитивной психологии. Такой широкий подход к изучению памяти позволил выявить многие закономерности, которым подчиняется процесс запоминания. Структура памяти и преобразования, происходящие в процессе запоминания, являются одними из актуальных проблем когнитивной психологии.
Хотя проблема памяти является одним из наиболее разработанных разделов психологии, в настоящее время в психологии нет единой законченной, отвечающей на все вопросы теории памяти. Вероятно, это
12
можно объяснить тем, что одна единственная теория памяти вряд ли в состоянии охватить весь круг явлений, связанных с памятью.
До сих пор нет ответа на ряд вопросов, связанных с кратковременным запоминанием. Как внешние сигналы соотносятся с их внутренней репрезентацией? Как именно организована и представлена информация в памяти, как осуществляется субъективное представление внешне заданных стимулов в процессе кратковременного запоминания и т.д.? Каковы количественные закономерности, которым подчиняется процесс кратковременного запоминания с учетом внутреннего представления стимулов? Ответы на эти вопросы кроме теоретического интереса важны также для многих практических аспектов исследования личности с точки зрения ее интеллектуальных возможностей и прогнозирования успешности разных видов деятельности (обучения школьников, операторской деятельности и т.д).
Экспериментальное изучение количественных закономерностей памяти впервые было предпринято в конце 19 века представителями ассоционистской психологии (Г.Эббингауз, 1885, Г.Мюллер 1894, 1917 ). Эббингаузом впервые были построены классические кривые забывания, описан эффект края, который впоследствии сыграл решающую роль в создании моделей памяти когнитивной психологии.
Вильям Джеймс (1890) выделял непосредственную, первичную память, которая никогда не покидает сознание и косвенную, вторичную или постоянную память - "темное хранилище" информации. Работы Джеймса оказали влияние на современные представления о памяти и на теории, опирающиеся на информационный подход. Долгое время к работам Джеймса и Эббингауза в области памяти не обращались. И только при возникновении когнитивной психологии вновь появился интерес к этим исследованиям.
Наиболее ранние свидетельства ограниченного объема кратковременной памяти, т.е. тех элементов, которое человек может
13
воспроизвести после однократного предъявления, были сделаны Вильямом Гамильтоном (1860). "Если бросить на пол горсть гравия, то не делая ошибок можно запомнить не более 6-8 камешков." Дж.Джекобсон (1887) проводил эксперимент по определению объема непосредственного запоминания зачитываемой им вслух последовательности чисел. Максимальное количество воспроизведенных чисел было 7. Эти эксперименты проводились с применением бобов, чисел, слов, но результат был неизменен: объем непосредственной памяти не превышал 7 элементов. В то время тот объем называли объемом сознания, несколько позже объемом внимания.
Объем кратковременной памяти был положен в основу одной из шкал тестов, предназначенных для измерения уровня интеллектуального развития. Бине (1908) впервые начал разрабатывать такие тесты.
Следует отметить, что представители ассоциативной психологии уделяли много внимания количественным показателям запоминания, предметному анализу того, что воспроизводилось, а не тому, какими способами и путями осуществлялось запоминание и воспроизведение. Не изучались процессы памяти в зависимости от активной сознательной деятельности запоминающего и представителями гештальтпсихологии (W. Kohler, 1929; К. Koffka К., 1935). Гештальтпсихология сводила все сложные процессы запоминания к простым законам структурного восприятия. Представители бихевиоризма (Р.Вудвортс, 1950) также игнорировали содержание психической деятельности человека. Они не исследовали законы, по которым происходит активное отражение действительности.
В отечественной науке советского периода была сильна тенденция механистического детерминизма: рефлексология, реактология, павловское учение об образовании условных рефлексов, к которым сводится все психическое, субъективное. С.Л.Рубинштейн (1946) противопоставил механистическому детерминизму тезис о том, что внешние причины
14
действуют через внутренние условия, и сделал акцент на изучении собственной внутренней активности личности. Но в отношении закономерностей памяти этот тезис был развит недостаточно и по настоящее время. Наше исследование является попыткой преодолеть это отставание.
1.1. Теория информации в исследованиях объема кратковременной памяти.
Исследованию активной деятельности человека в процессах запоминания и обработки информации способствовали изменения, произошедшие в науке и технике: появление кибернетики с понятием "саморегулирования" (Н.Винер, 1948), активное использование теории управления и применение ЭВМ, разработка теории информации и теории случайных процессов ( статистической теории связи ). "Анализ внутренних психических процессов стал казаться естественным после появления ЭМВ'Ч пишет Найссер (U.Neisser, 1967).
Положения статистической теории связи стали использоваться и в психологии. Шеннон (Shannon, 1948) предложил простую формулу для оценки количества информации, содержащейся в сообщении. По аналогии с теорией информации человек стал рассматриваться как система связи, пропускная способность которой ограничена. Такое представление о человеке объясняло многие ограничения психофизиологических возможностей ,таких как избирательность внимания, объем кратковременной памяти, рефрактерный период - задержка реакции на втором из следующих друг за другом стимулов.
Информационный подход к изучению памяти позволил найти абсолютную количественную меру для запоминаемого материала -количество информациии. Раньше не было возможности количественно сравнить разнородный запоминаемый материал. Теперь же можно было определить количество информации, содержащейся в запоминаемом
15
материале, закодированном разными символами. Для этого нужно знать длину алфавита и вероятность появления этих символов. Одна двоичная единица информации (бит) есть то количество информации, которое необходимо нам для принятия решения при выборе из двух одинаковых возможностей. Поэтому одна двоичная цифра (0 или 1) несет 1 бит
информации. Одна восьмеричная цифра (0,1,2...7,8) несет 3 бита
информации, одна десятичная цифра- 3,3, бита информации, одна буква русского алфавита несет до 5 бит информации, не больше. Количество информации в соответствии с формулой Шеннона log2N=I (бит) или 2*=N определяется тем, в какую степень I надо возвести основание двоичного логарифма - 2, чтобы получить вероятность N появления элемента алфавита. Или, другими словами говоря, 3 бита позволяют нам сделать выбор из 8 равновероятных возможностей, 5 битов - из 32.
В связи с применением теории информации в психологии памяти, одним из первых, вызвавших всеобщий интерес, вопросов относился к непосредственному запоминанию и возможности получения количественной меры измерения объема кратковременной памяти в двоичных единицах информации (битах). Миллер (1956) впервые поставил проблему: Если объем кратковременной памяти измерять в битах, то будет ли объем памяти зависеть от количества информации. Для ответа на поставленный вопрос он привлек данные экспериментов Хейза (J.R.Hayes, 1952) и Поллака (I.Pollack, 1953), специально проведенные для измерения объема кратковременной памяти. Эти опыты показали, что человек способен воспроизвести по памяти 9 двоичных цифр, 8 десятичных цифр, 7 букв алфавита или восьмеричных цифр, 5 односложных слов, что составляет соответственно 9, 25, 33 и 50 битов. Таким образом, в указанных пределах объем памяти не был константой и зависел от количества информации не так, как это предсказывала теория информации. Поэтому, анализируя экспериментальные данные Хейзы и Поллака, Миллер заключил: "Кажется,
16
что объем непосредственной памяти почти не зависит от числа двоичных единиц, приходящихся на отрезок информациии, по крайней мере в тех пределах, которые были исследованы к настоящему времени."
Основной вывод Миллера, принятый впоследствии как в зарубежной, так и в отечественной психологии, формулировался так: Непосредственная память ограничена не количеством информации, а ограничена числом запоминаемых кусков, единиц, отрезков информации, (чанков). предел которых семь единиц, плюс минус две единицы.
То, что в кратковременной памяти удерживается 7 единиц (отрезков, кусков, чанков) информации независимо от вида содержащихся в них данных, кажется парадоксальным. Очевидно, что последовательность из 5-ти слов по 3 буквы в каждом содержит больше информации, чем последовательность из 5 букв. Для объяснения этого факта Миллер предложил гипотезу объединения. В этой гипотезе память человека сравнивается с вычислительной машиной, имеющей ограниченное количество регистров (7) для хранения информации. При этом каждый регистр может хранить разное количество информации. Например, он может хранить одну букву, но там может сохраняться и одно слово, состоящее из трех букв. Таким образом, возрастание объема кратковременной памяти, если его измерять в буквах, достигается за счет образования слов из букв. Этот процесс можно назвать перекодированием. Поэтому несмотря на то, что объем кратковременной памяти ограничен семью отрезками информации, ее фактический объем можно увеличивать за счет укрупнения -кодирования отдельных единиц в более крупные единицы. Но пределы увеличения никак не были оговорены.
Таким образом в соответствии с моделью Миллера, конструкция запоминающей системы требует перекодирования входных данных посредством их группировки, чтобы количество символов на входе не превышало числа регистров. Перекодирование отдельных стимулов в более |
